TW201620298A - 適用於雙模式影像裝置的影像處理系統 - Google Patents

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Abstract

一種適用於雙模式影像裝置的影像處理系統，包含可調適色彩校正系統，其接收影像並根據影像之像素的主光線角度與雙模式影像裝置相關之光源的紅外光信號，用以調適地校正色彩失真。

Description

適用於雙模式影像裝置的影像處理系統
本發明係有關一種影像處理系統，特別是關於一種適用於雙模式影像裝置的可調適色彩校正系統。
於影像系統中，當像素陣列的所有像素受到相同的照射時，遠離中心的像素通常具較低的像素信號，此稱為鏡頭陰影（lens shading）現象。因此，影像亮度會從中心往角落降低。換句話說，最大亮度位於中心或其附近，並沿著像素陣列的半徑方向降低。形成鏡頭陰影現象的原因可為鏡頭機構、光學元件、感測器像素、光線行進距離、光圈效應或入射光角度。
鏡頭陰影校正（LSC）係使用不同的增益，用以補償亮度的降低，特別是對於遠離像素陣列之中心的像素。
互補金屬氧化物半導體（CMOS）影像感測器不但會感測到可見光頻帶，且會感測到近紅外光頻帶。紅外光截止（IR-cut）濾波片可通過可見光頻帶波長並阻隔紅外光頻帶波長，因此可避免紅外光頻帶波長所造成的變色（discoloration）。然而在監控的應用當中，會使用人為紅外光以增進低亮度狀況的可視性。若使用雙頻帶紅外光截止（dual-band IR-cut）濾波片，則可於低亮度時使用人為紅外光以接收紅外光頻帶信號，並於正常亮度時不使用紅外光以避免變色。
影像處理系統通常使用色彩校正以校正色彩失真。因此需要提出一種新穎的色彩校正機制，用以適用監控之類的應用。
鑑於上述，本發明實施例的目的之一在於提出一種適用於雙模式影像裝置的影像處理系統，其根據像素的主光線角度（chief ray angle, CRA）與光源的紅外光信號，用以對影像的像素進行校正。
根據本發明實施例，適用於雙模式影像裝置的影像處理系統包含可調適色彩校正系統，其接收影像並根據影像之像素的主光線角度與雙模式影像裝置相關之光源的紅外光信號，用以調適地校正色彩失真。
第一圖顯示本發明實施例之適用於雙模式影像裝置200的影像處理系統100之方塊圖。雙模式影像裝置200主要包含鏡頭20，用以通過（例如傳送及折射）光線。在本說明書中，“鏡頭”一詞可指單一鏡頭或鏡頭組合。
雙模式影像裝置200還包含雙頻帶紅外光截止濾波片21，其藉由光學耦合以接收通過鏡頭20的光線，用以通過（第一頻帶的）可見光及（第二頻帶的）紅外光範圍。雙模式影像裝置200更包含濾波陣列22，其包含彩色濾波片（例如紅色（R）、綠色（G）及藍色（B）濾波片）與紅外光（IR）濾波片。濾波陣列22藉由光學耦合以接收通過雙頻帶紅外光截止濾波片21的光線，用以產生色彩訊息。第二A圖例示第一圖之濾波陣列22的彩色濾波片與紅外光濾波片。在此例子中，紅色光占25%，綠色光占25%，藍色光占25%，且紅外光占25%。第二B圖例示第一圖之雙頻帶紅外光截止濾波片21與濾波陣列22的光譜感度。
雙模式影像裝置200更包含影像感測器23，例如互補金屬氧化物半導體（CMOS）影像感測器，設於濾波陣列22底下，用以將光學色彩訊息轉換為電子信號，其再受到影像處理系統100的處理。在本說明書中，影像處理系統100的各組成方塊可指結構或功能個體，其可由電路（例如數位影像處理器）來執行。
在本實施例中，影像處理系統100可包含鏡頭陰影校正（LSC）單元11，用以校正鏡頭陰影假影（artifact）。鏡頭陰影校正的細節可參閱美國專利第8,228,406號，發明人為Kuo等人，題為“可調適鏡頭陰影校正（Adaptive lens shading correction）”或者美國專利第8,130,292號，發明人為Lee，題為“影像裝置之場景照明可調適鏡頭陰影校正（Scene illumination adaptive lens shading correction for imaging devices）”。
影像處理系統100還可包含解馬賽克（demosaicking）單元12，其接收鏡頭陰影校正單元11的輸出，用以將覆蓋有濾波陣列22之影像顯測器23的非完整色彩取樣，重整為完整色彩影像。解馬賽克單元12通常可藉由內插技術來執行。
本實施例之影像處理系統100包含可調適色彩校正系統13，其接收解馬賽克單元12所重整的（全彩）影像，用以調適地校正色彩失真。根據本實施例的特徵之一，可調適色彩校正系統13根據像素的主光線角度（CRA）與（來自影像顯測器23之）光源的紅外光信號，以執行影像像素的校正。在另一實施例中，可調適色彩校正系統13根據像素的主光線角度（CRA）、光源的色溫及光源的紅外光信號，以執行影像像素的校正。在本說明書中，遠離鏡頭20中心的像素的主光線角度大於接近鏡頭21中心的像素的主光線角度。
第三A圖顯示本發明第一特定實施例之可調適色彩校正系統13（第一圖）的細部方塊圖。在本實施例中，提供四個色彩校正矩陣CCM1、CCM2、CCM3及CCM4。其中，第一色彩校正矩陣CCM1代表高色溫光源與影像中心的色彩校正矩陣，第二色彩校正矩陣CCM2代表低色溫光源與影像中心的色彩校正矩陣，第三色彩校正矩陣CCM3代表低亮度紅外光信號光源與影像角落的色彩校正矩陣，且第四色彩校正矩陣CCM4代表高亮度紅外光信號光源與影像角落的色彩校正矩陣。在本說明書中，“高”與“低”係為相對比較而言。根據另一定義，高色溫係指色溫高於預設值，而低色溫則指色溫低於預設值。類似的情形，高亮度係指亮度高於預定值，而低亮度則指亮度低於預定值。
可調適色彩校正系統13可包含色溫（CT）權重產生器131，其接收色溫指數，該色溫指數可由色溫估計器14提供。色溫權重產生器131產生色溫權重，用以藉由第一混合單元132以混合第一色彩校正矩陣CCM1與第二色彩校正矩陣CCM2，因而產生第一混合色彩校正矩陣（CCM）。
可調適色彩校正系統13還可包含紅外光（IR）權重產生器133，其接收紅外光比值（亦即，紅外光信號與彩色信號的比值），該紅外光比值可由紅外光估計器15提供。紅外光權重產生器133產生紅外光權重，用以藉由第二混合單元134以混合第三色彩校正矩陣CCM3與第四色彩校正矩陣CCM4，因而產生第二混合色彩校正矩陣。
可調適色彩校正系統13更可包含主光線角度（CRA）權重產生器135，其根據影像的像素座標以產生主光線角度權重。主光線角度權重用以藉由第三混合單元136以混合第一混合色彩校正矩陣與第二混合色彩校正矩陣，因而產生第三（最終）混合色彩校正矩陣。第三混合色彩校正矩陣用以藉由色彩校正單元137對彩色信號（例如R、G與B）進行色彩校正，因而產生校正色彩信號。校正色彩信號可再進行其他的處理，例如第一圖例示的伽瑪（gamma）單元16所執行的伽瑪校正。
第三B圖顯示本發明第二特定實施例之可調適色彩校正系統13（第一圖）的細部方塊圖。第二特定實施例類似於第一特定實施例，不同的地方說明如下。如第三B圖所示，提供三個色彩校正矩陣CCM1、CCM2及CCM3。其中，第一色彩校正矩陣CCM1代表高色溫光源與影像中心的色彩校正矩陣，第二色彩校正矩陣CCM2代表低色溫光源與影像中心的色彩校正矩陣，且第三色彩校正矩陣CCM3代表高亮度紅外光信號光源與影像中心的色彩校正矩陣。色溫權重用以藉由第一混合單元132以混合第一色彩校正矩陣CCM1與第二色彩校正矩陣CCM2，因而產生第一混合色彩校正矩陣。紅外光權重用以藉由第二混合單元134以混合第一混合色彩校正矩陣與第三色彩校正矩陣CCM3，因而產生第二混合色彩校正矩陣。主光線角度權重用以藉由第三混合單元136以混合第一混合色彩校正矩陣與第二混合色彩校正矩陣，因而產生第三（最終）混合色彩校正矩陣。
第三C圖顯示本發明第三特定實施例之可調適色彩校正系統13（第一圖）的細部方塊圖。第三特定實施例類似於第一特定實施例，不同的地方說明如下。如第三C圖所示，提供五個色彩校正矩陣CCM1、CCM2、CCM3、CCM4及CCM5。其中，第一色彩校正矩陣CCM1代表不具紅外光信號之高色溫光源的色彩校正矩陣，第二色彩校正矩陣CCM2代表不具紅外光信號之低色溫光源的色彩校正矩陣，第三色彩校正矩陣CCM3代表具紅外光信號之高色溫光源與影像中心的色彩校正矩陣，第四色彩校正矩陣CCM4代表具紅外光信號之低色溫光源與影像中心的色彩校正矩陣，且第五色彩校正矩陣CCM5代表高亮度紅外光信號與影像角落的色彩校正矩陣。色溫權重用以藉由第一混合單元132以混合第一色彩校正矩陣CCM1與第二色彩校正矩陣CCM2，因而產生第一混合色彩校正矩陣。色溫權重還用以藉由第二混合單元134以混合第三色彩校正矩陣CCM3與第四色彩校正矩陣CCM4，因而產生第二混合色彩校正矩陣。主光線角度權重用以藉由第三混合單元136以混合第二混合色彩校正矩陣與第五色彩校正矩陣CCM5，因而產生第三混合色彩校正矩陣。紅外光權重用以藉由第四混合單元138以混合第一混合色彩校正矩陣與第三混合色彩校正矩陣，因而產生第四（最終）混合色彩校正矩陣。
第三A/三B/三C圖與第一圖的相關方塊之細節將於以下說明。第一圖之色溫估計器14根據增益（其可由白平衡單元（未顯示）來提供）以估計光源的色溫。第四A圖例示紅光增益與藍光增益的關係，其中高色溫光源包含較多短波長頻帶（亦即，藍光）的功率。因此，紅光通道需要較高增益，使得平衡後的白色物件具有相同的紅光、綠光與藍光值。相反的，低色溫光源包含較多長波長頻帶（亦即，紅光）的功率。因此，藍光通道需要較高增益，使得平衡後的白色物件具有相同的紅光、綠光與藍光值。藉此，色溫估計器14可根據增益（特別是紅光與藍光增益）以提供色溫指數，用以表示光源的估計色溫。在本實施例中，色溫指數為藍光與紅光的增益差值。
接著，第三A/三B/三C圖的色溫權重產生器131根據色溫指數以產生色溫權重。第四B圖顯示色溫權重與藍光、紅光之增益差值的關係。如第四B圖所示，增益差值於低臨界點Th_l處的色溫權重為0，其線性增加至高臨界點Th_h處的色溫權重為1。當增益差值小於低臨界點Th_l，則色溫權重為0；當增益差值大於高臨界點Th_h，則色溫權重為1。
第五A圖顯示第一圖之紅外光估計器15的方塊圖。（來自影像感測器23的）原始信號藉由解多工器151而分別傳送至紅光像素、綠光像素、藍光像素與紅外光像素的累加器152。（來自累加器152）累加的紅光像素、綠光像素、藍光像素與紅外光像素分別由除法器153除以個別的計數值，因而得到紅光像素、綠光像素、藍光像素與紅外光像素的平均信號（亦即，R_avg、G_avg、B_avg與IR_avg）。加法單元154將紅光像素、綠光像素、藍光像素的平均信號予以加總，所得到的和值藉由除法單元155除紅外光像素的平均信號。所得到的商值藉由限幅單元156限制幅度於0與1之間，因而產生紅外光比值。
接著，第三A/三B/三C圖的紅外光權重產生器133根據紅外光比值以產生紅外光權重。第五B圖顯示紅外光權重與紅外光比值的關係。如第五B圖所示，紅外光比值於低臨界點Th_l處的紅外光權重為0，其線性增加至高臨界點Th_h處的紅外光權重為1。當紅外光比值小於低臨界點Th_l，則紅外光權重為0；當紅外光比值大於高臨界點Th_h，則紅外光權重為1。
關於第三A/三B/三C圖的主光線角度權重產生器135，第六A圖顯示主光線角度權重與像素-影像中心之（比例調整）距離R的關係。如第六A圖所示，距離R於低臨界點Th_l處的主光線角度權重為0，其線性或非線性增加至高臨界點Th_h處的主光線角度權重為1。當距離R小於低臨界點Th_l，則主光線角度權重為0；當距離R大於高臨界點Th_h，則主光線角度權重為1。第六B圖顯示主光線角度權重與（比例調整）X座標、（比例調整）Y座標的關係。
第三A/三B/三C圖之第一混合單元132、第二混合單元134、第三混合單元136與第四混合單元138的執行可表示如下：其中alpha代表色溫權重、紅外光權重或主光線角度權重，[c1 … c9 ]與[d1 … d9 ]代表混合單元的色彩校正矩陣輸入，且[e1 … e9 ]代表混合單元的色彩校正矩陣輸出。
在另一實施例中，可使用不同的主光線角度權重於第三混合單元136，表示如下：
第三A/三B/三C圖之色彩校正單元137的執行可表示如下：其中[Ri Gi Bi ]代表彩色（亦即，R、G與B）信號，[Ro Go Bo ]代表校正彩色（亦即，R、G與B）信號，且[c1 … c9 ]代表最終混合色彩校正矩陣。
以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限定本發明之申請專利範圍；凡其它未脫離發明所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含在下述之申請專利範圍內。
100‧‧‧影像處理系統
11‧‧‧鏡頭陰影校正單元
12‧‧‧解馬賽克單元
13‧‧‧可調適色彩校正系統
131‧‧‧色溫權重產生器
132‧‧‧第一混合單元
133‧‧‧紅外光權重產生器
134‧‧‧第二混合單元
135‧‧‧主光線角度權重產生器
136‧‧‧第三混合單元
137‧‧‧色彩校正單元
138‧‧‧第四混合單元
14‧‧‧色溫估計器
15‧‧‧紅外光估計器
151‧‧‧解多工器
152‧‧‧累加器
153‧‧‧除法器
154‧‧‧加法單元
155‧‧‧除法單元
156‧‧‧限幅單元
16‧‧‧伽瑪單元
200‧‧‧雙模式影像裝置
20‧‧‧鏡頭
21‧‧‧雙頻帶紅外光截止濾波片
22‧‧‧濾波陣列
23‧‧‧影像感測器
CCM1‧‧‧第一色彩校正矩陣
CCM2‧‧‧第二色彩校正矩陣
CCM3‧‧‧第三色彩校正矩陣
CCM4‧‧‧第四色彩校正矩陣
CCM5‧‧‧第五色彩校正矩陣
Th_l‧‧‧低臨界點
Th_h‧‧‧高臨界點
R_avg‧‧‧紅光像素的平均信號
G_avg‧‧‧綠光像素的平均信號
B_avg‧‧‧藍光像素的平均信號
IR_avg‧‧‧紅外光像素的平均信號
R‧‧‧距離
第一圖顯示本發明實施例之適用於雙模式影像裝置的影像處理系統之方塊圖。 第二A圖例示第一圖之濾波陣列的彩色濾波片與紅外光濾波片。 第二B圖例示第一圖之雙頻帶紅外光截止濾波片與濾波陣列的光譜感度。 第三A圖顯示本發明第一特定實施例之可調適色彩校正系統（第一圖）的細部方塊圖。 第三B圖顯示本發明第二特定實施例之可調適色彩校正系統（第一圖）的細部方塊圖。 第三C圖顯示本發明第三特定實施例之可調適色彩校正系統（第一圖）的細部方塊圖。 第四A圖例示色溫、紅光增益與藍光增益的關係。 第四B圖顯示色溫權重與藍光、紅光之增益差值的關係。 第五A圖顯示第一圖之紅外光估計器的方塊圖。 第五B圖顯示紅外光權重與紅外光比值的關係。 第六A圖顯示主光線角度權重與像素-影像中心之距離的關係。 第六B圖顯示主光線角度權重與X座標、Y座標的另一關係。
100‧‧‧影像處理系統
11‧‧‧鏡頭陰影校正單元
12‧‧‧解馬賽克單元
13‧‧‧可調適色彩校正系統
14‧‧‧色溫估計器
15‧‧‧紅外光估計器
16‧‧‧伽瑪單元
200‧‧‧雙模式影像裝置
20‧‧‧鏡頭
21‧‧‧雙頻帶紅外光截止濾波片
22‧‧‧濾波陣列
23‧‧‧影像感測器

Claims (17)

  1. 一種適用於雙模式影像裝置的影像處理系統，包含：        一可調適色彩校正系統，接收一影像，根據該影像之像素的主光線角度與該雙模式影像裝置相關之光源的紅外光信號，用以調適地校正色彩失真。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述適用於雙模式影像裝置的影像處理系統，其中該可調適色彩校正系統更根據該光源的色溫以執行校正。
  3. 根據申請專利範圍第2項所述適用於雙模式影像裝置的影像處理系統，其中該可調適色彩校正系統根據該色溫與一影像中心以執行校正。
  4. 根據申請專利範圍第3項所述適用於雙模式影像裝置的影像處理系統，其中該可調適色彩校正系統根據該紅外光信號與一影像角落以執行校正。
  5. 根據申請專利範圍第4項所述適用於雙模式影像裝置的影像處理系統，其中該可調適色彩校正系統包含：        複數色彩校正矩陣，其具有不同的色溫光源、紅外光信號或主光線角度；        一色溫權重產生器，接收一色溫指數，藉以產生一色溫權重；        一紅外光權重產生器，接收一紅外光比值，藉以產生一紅外光權重；        一主光線角度權重產生器，根據該影像的像素座標以產生一主光線角度權重；及        一色彩校正單元，對該影像的彩色信號進行色彩校正，以產生校正彩色信號；        其中該些色彩校正矩陣根據該色溫權重、該紅外光權重及該主光線角度權重，經混合以產生一最終混合色彩校正矩陣；且該色彩校正單元根據該最終混合色彩校正矩陣以執行校正。
  6. 根據申請專利範圍第5項所述適用於雙模式影像裝置的影像處理系統，更包含一色溫估計器，根據增益以估計該光源的色溫，因而產生該色溫指數。
  7. 根據申請專利範圍第6項所述適用於雙模式影像裝置的影像處理系統，其中該色溫指數為藍光與紅光的增益差值。
  8. 根據申請專利範圍第7項所述適用於雙模式影像裝置的影像處理系統，其中該增益差值於低臨界點處的色溫權重為0，其線性增加至高臨界點處的色溫權重為1。
  9. 根據申請專利範圍第5項所述適用於雙模式影像裝置的影像處理系統，更包含一紅外光估計器，自該雙模式影像裝置接收原始信號，據以產生該紅外光比值。
  10. 根據申請專利範圍第9項所述適用於雙模式影像裝置的影像處理系統，其中該紅外光估計器包含：        一解多工器，用以對該原始信號進行解多工；        複數累加器，接收經解多工信號，用以分別累加彩色像素與紅外光像素；        複數除法器，將累加彩色像素與紅外光像素分別除以個別的像素計數值，因而得到彩色像素與紅外光像素的平均信號；        一加法單元，將彩色像素的平均信號予以加總，以得到一和值；        一除法單元，將紅外光像素的平均信號除以該和值，以產生一商值；及        一限幅單元，用以限幅該商值，以產生該紅外光比值。
  11. 根據申請專利範圍第9項所述適用於雙模式影像裝置的影像處理系統，其中該紅外光比值於低臨界點處的紅外光權重為0，其線性增加至高臨界點處的紅外光權重為1。
  12. 根據申請專利範圍第1項所述適用於雙模式影像裝置的影像處理系統，更包含一鏡頭陰影校正單元，自該雙模式影像裝置接收一電子信號，用以校正鏡頭陰影假影。
  13. 根據申請專利範圍第12項所述適用於雙模式影像裝置的影像處理系統，更包含一解馬賽克單元，接收該鏡頭陰影校正單元的輸出，用以對該雙模式影像裝置所輸出的色彩取樣進行重整。
  14. 根據申請專利範圍第1項所述適用於雙模式影像裝置的影像處理系統，其中該雙模式影像裝置包含：        一鏡頭，用以通過光線；        一雙頻帶紅外光截止濾波片，接收該鏡頭所通過的光線，用以通過可見光與紅外光範圍；        一濾波陣列，包含有彩色濾波片與紅外光濾波片，該濾波陣列接收該雙頻帶紅外光截止濾波片所通過的光線，藉以產生色彩訊息；及        一影像感測器，設於該濾波陣列底下，用以將色彩訊息轉換為電子信號。
  15. 根據申請專利範圍第5項所述適用於雙模式影像裝置的影像處理系統，其中：        該些色彩校正矩陣包含第一色彩校正矩陣以代表高色溫光源與影像中心的色彩校正矩陣、第二色彩校正矩陣以代表低色溫光源與影像中心的色彩校正矩陣、第三色彩校正矩陣以代表低亮度紅外光信號光源與影像角落的色彩校正矩陣、第四色彩校正矩陣以代表高亮度紅外光信號光源與影像角落的色彩校正矩陣；        該第一色彩校正矩陣與該第二色彩校正矩陣根據該色溫權重，經混合以產生第一混合色彩校正矩陣；        該第三色彩校正矩陣與該第四色彩校正矩陣根據該紅外光權重，經混合以產生第二混合色彩校正矩陣；及        該第一混合色彩校正矩陣與該第二混合色彩校正矩陣根據該主光線角度權重，經混合以產生該最終混合色彩校正矩陣。
  16. 根據申請專利範圍第5項所述適用於雙模式影像裝置的影像處理系統，其中：        該些色彩校正矩陣包含第一色彩校正矩陣以代表高色溫光源與影像中心的色彩校正矩陣、第二色彩校正矩陣以代表低色溫光源與影像中心的色彩校正矩陣、第三色彩校正矩陣以代表高亮度紅外光信號光源與影像中心的色彩校正矩陣；        該第一色彩校正矩陣與該第二色彩校正矩陣根據該色溫權重，經混合以產生第一混合色彩校正矩陣；        該第一混合色彩校正矩陣與該第三色彩校正矩陣根據該紅外光權重，經混合以產生第二混合色彩校正矩陣；及        該第一混合色彩校正矩陣與該第二混合色彩校正矩陣根據該主光線角度權重，經混合以產生該最終混合色彩校正矩陣。
  17. 根據申請專利範圍第5項所述適用於雙模式影像裝置的影像處理系統，其中：        該些色彩校正矩陣包含第一色彩校正矩陣以代表不具紅外光信號之高色溫光源的色彩校正矩陣、第二色彩校正矩陣以代表不具紅外光信號之低色溫光源的色彩校正矩陣、第三色彩校正矩陣以代表具紅外光信號之高色溫光源與影像中心的色彩校正矩陣、第四色彩校正矩陣以代表具紅外光信號之低色溫光源與影像中心的色彩校正矩陣、第五色彩校正矩陣以代表高亮度紅外光信號與影像角落的色彩校正矩陣；        該第一色彩校正矩陣與該第二色彩校正矩陣根據該色溫權重，經混合以產生第一混合色彩校正矩陣；        該第三色彩校正矩陣與該第四色彩校正矩陣根據該色溫權重，經混合以產生第二混合色彩校正矩陣；        該第二混合色彩校正矩陣與該第五色彩校正矩陣根據該主光線角度權重，經混合以產生該第三混合色彩校正矩陣；及        該第一混合色彩校正矩陣與該第三混合色彩校正矩陣根據該紅外光權重，經混合以產生該最終混合色彩校正矩陣。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN111955004A (zh) * 2018-06-18 2020-11-17 Jvc建伍株式会社 颜色校正装置
CN113205568A (zh) * 2021-04-30 2021-08-03 北京达佳互联信息技术有限公司 图像处理方法、装置、电子设备及存储介质

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